LAPORAN TUGAS PRA RANCANGAN PABRIK
PRA RANCANGAN PABRIK ASAM BENZOAT DENGAN PROSES HIDROLISIS PHTHALIC ANHYDRIDE KAPASITAS 40 000 TON/TAHUN
Oleh : AGUS WIDAGDO PUTRO D. 500 000 079
Dosen Pembimbing : Akida Mulyaningtyas, S.T.,M.Sc. Farida Nur Cahyani, S.T.,M.Sc.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2007
HALAMAN PENGESAHAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA Nama
: AGUS WIDAGDO PUTRO
NIM
: D.500 000 079
Judul TPP
: Prarancangan Pabrik Asam Benzoat Dengan Proses Hidrolisis Phthalic Anhydrid Kapasitas 40.000 ton/tahun.
Dosen Pembimbing
: 1. Akida Mulyaningtyas, S.T.,M.Sc. 2. Farida Nur Cahyani, S.T.,M.Sc.
Surakarta,
Maret 2007
Menyetujui Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing I I
Akida Mulyaningtyas, S.T.,M.Sc.
Farida Nur Cahyani, S.T.,M.Sc.
NIK. 893
NIK. 916
Mengetahui Dekan Teknik
Ketua Jurusan Teknik Kimia
Ir. H. Sri Wdodo, M.T.
Ir. H. Haryanto, M.S.
NIK. 542
NIP. 131 902 382
ii
MOTTO
Dari masa sesungguhnya manusia itu dalam kerugian kecuali orang-orang yang beriman dan beramal shaleh dan saling berpesan dengan kebenaran dan kesabaran (Q.S. Al Ashr 1-3) Jadilah pemaaf dan suruhlah orng-orang menjadi yang ma’ruf, serta berpalinglah dari orang-orang yang bodoh (Q.S. Al Araf 199) Tidak ada keberuntungan, kesialan, kebetulan dan kegagalan didunia ini, keberhasilan dan kesuksesan hanya bisa diraih dengan usaha dan kerja keras serta doa yang tulus.
iii
Intisari Pada era kemajuan teknologi dalam berbagai bidang pembangunan yang berjalan pesat, maka diperlukan beberapa macam sarana dan prasarana untuk era persaingan bebas. Salah satu prospek pembangunan masa depan adalah membangun pabrik yang mempunyai daya saing dengan produk-produk luar negeri. Salah satunya dengan mendirikan pabrik asam benzoat dengan proses hidrolisis phthalic anhydrida dengan kapasitas 40.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun. Proses pembuatan asam benzoat dilakukan dalam reaktor Plate Tower. Pada reaktor ini reaksi berlangsung pada fase cair, irreversible, eksotermis, non adiabatic, isothermal pada suhu umpan 200qC dan tekanan 1 atm. Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi operasi pada tekanan atmosferis. Kebutuhan phthalic anhydrid untuk pabrik ini sebanyak 6.397,7131 kg per jam dan kebutuhan steam sebanyak 1.146,7776 kg per jam, kebutuuhan HCl sebanyak 62,4777 kg per jam. Produk berupa asam benzoat sebanyak 5.045,4545 kg per jam. Utilitas pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar 86.104,331 kg per jam yang diperoleh dari air sungai, penyediaan saturated steam sebesar 3.767,7938 kg per jam yang diperoleh dari Waste Heat Boiler(WHB) sebesar 4.974,4474 liter per jam, kebutuhan udara tekan sebesar 528,93 m3 per jam, kebutuhan listrik diperoleh dari PLN dan dua buah generator set sebesar 500 kW sebagai cadangan, bahan bakar sebanyak 102,6195 m3 per jam. Pabrik ini didirikan di kawasan industri Gresik Jawa Timur dengan luas tanah 15.000 m2 dan jumlah karyawan 112orang. Pabrik asam benzoat ini menggunakan modal tetap sebesar Rp 98.173.430.520 dan modal kerja sebesar Rp 95.179.263.773,43 Dari analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak Rp 48.173.302.136,30 per tahun setelah dipotong pajak 30 % keuntungan mencapai Rp 33.721.311.495,41 per tahun. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak 49.07 % dan setelah pajak 34,35 %. Pay Out Time (POT) sebelum pajak selama 1,69 tahun dan setelah pajak 2,25 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 44,59 %, dan Shut Down Point (SDP) sebesar 30,05 %. Discounted Cash Flow (DCF) terhitung sebesar 35,20 %. Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan, bahwa pabrik ini menguntungkan dan layak untuk didirikan.
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan taufiq serta hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Asam Benzoat Dengan Proses Hidrolisis Phthalic Anhydrid Kapasitas 40.000 ton/tahun. Tugas akhir prarancangan pabrik ini merupakan salah satu syarat yang wajib diselesaikan oleh setiap mahasiswa guna mencapai gelar kesarjanaannya di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan naskah ini penyusun telah banyak menerima bantuan, petunjuk dan bimbingan yang sangat bermanfaat dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. H. Haryanto, M.S., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia. 2. Ibu Akida Mulyaningtyas, S.T., M.Sc. selaku Pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan sehingga makalah tugas akhir ini dapat terselesaikan. 3. Ibu Farida Nur Cahyani, S.T., M.Sc. selaku Pembimbing II yang telah membimbing penyusun hingga terselesaikannya naskah tugas akhir ini. 4. Ayah dan Ibu, yang tidak lupa selalu mendoakan dan memberi dorongan. Terimakasih untuk cinta dan kasih sayang yang kalian berikan selama ini. 5. Kakak dan adikku terimakasih untuk supportnya. 6. Buat anak-anak Benzen semoga kesuksesan menyerta kita semua 7. Anak-anak GAMAR tetep rame and gaul abcs aza, pissman. 8. Buat semua temen-temen Teknik Kimia tetep semangat.
v
9. Kepada semua pihak yang telah membantu penyusun, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih semoga Allah membalas budi baik kalian semua. Tidak ada kebenaran yang mutlak dari manusia, kebenaran yang mutlak datang dari Allah SWT. Maka penyusun menyadari banyak kekurangan baik secara kualitas maupun aspek lainnya, walaupun penyusun telah berusaha secara optimal untuk memberikan yang terbaik dalam menyelesaikan naskah ini. Namun kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan naskah ini. Akhirnya penyusun berdo’a dan berharap semoga naskah ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penyusun pada khususnya.
Surakarta, Februari 2007
Penyusun
vi
DAFTAR ISI Hal HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. ii INTISARI.............................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... vi DAFTAR LAMBANG ..........................................................................................ix DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................xiii BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1.
Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2.
Kapasitas Perancangan Pabrik ..................................................... 1
1.3.
Lokasi Pabrik................................................................................. 3
1.4.
Tinjauan Pustaka ......................................................................... 5 1.4.1. Macam-macam Proses ........................................................ 5 1.4.2. Kegunaan Produk ................................................................7 1.4.3. Tinjauan Proses Secara Umum ...........................................10
BAB II. DESKRIPSI PROSES ............................................................................11 2.1.
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ...........................................11 2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku ......................................................11 2.1.2. Katalis .................................................................................11 2.1.3. Spesifikasi Produk...............................................................12
2.2.
Konsep Proses .............................................................................12 2.2.1. Dasar Reaksi........................................................................12 2.2.2. Kondisi Operasi...................................................................12 2.2.3. Tinjauan Termodinamika ....................................................12 2.2.4. Tinjauan Kinetika................................................................14
2.3.
Diagram Alir Proses ......................................................................15 2.3.1. Tahap Persiapan Bahan Baku .............................................15
vii
2.3.2. Tahap Reaksi.......................................................................15 2.3.3. Tahap Pemurnian Produk....................................................16 2.4.
Diagram Alir Neraca Massa dan Panas.........................................17 2.4.1. Neraca Massa ......................................................................21 2.3.2. Neraca Panas .......................................................................23
2.5.
Tata Letak Pabrik dan Peralatan ..................................................26 2.5.1. Tata Letak Pabrik ................................................................26 2.5.2. Tata Letak Peralatan............................................................30
BAB III. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ...............................................34 BAB IV. UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM ................48 4.1.
Unit Pendukung Proses (Utilitas)..................................................48 4.1.1. Unit Pengolahan Air (Water Suplly Section) ......................48 4.1.2. Unit Pengadaan Steam ........................................................64 4.1.3. Unit Pembangkit Tenaga Listrik .........................................64 4.1.4. Unit Pengadaan Bahan Bakar..............................................67 4.1.5. Unit Pengadaan Udara Tekan..............................................68
4.2.
Laboratorium.................................................................................70 4.2.1. Tugas Pokok Laboratorium.................................................70 4.2.2. Program Kerja Laboratorium ..............................................71
BAB V. MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................... . 75 5.1.
Bentuk Perusahaan……………………………………………... 75
5.2.
Struktur Organisasi .......................................................................76 5.2.1 Pemegang Saham .................................................................76 5.2.2 Dewan Komisaris .................................................................76 5.2.3 Direktur ................................................................................76 2.5.4 Kepala bagian.......................................................................76 5.2.5 Kepala Seksi dan Karyawan.................................................77
5.3.
Pembagian Jam Kerja....................................................................79 5.3.1 Karyawan non shift ..............................................................79 5.3.2 Karyawan shift ....................................................................80 5.3.3 Perincian jumlah karyawan ..................................................81
viii
5.3.4 Sistem Gaji Karyawan........................................................ . 82 5.3.9 Kesejahteraan sosial Karyawan........................................... 83 5.4
Perencanaan Produksi .................................................................. 83
5.5.
Pengendalian Produksi................................................................. 83
BAB VI. ANALISIS EKONOMI ....................................................................... . 84 6.1.
Total Capital Investment ............................................................. . 90
6.2.
Working Capital .......................................................................... . 91
6.3.
Manufacturing Cost .................................................................... . 91
6.4.
General Expenses........................................................................ . 92
6.5.
Analisis Keuntungan ................................................................... . 92
KESIMPULAN ................................................................................................... . 98 DAFTAR PUSTAKA
ix
DAFTAR LAMBANG
T
: Temperatur, oC
D
: Diameter, m
H
: Tinggi, m
P
: Tekanan, psia
P
: Viskositas, cP
U
: Densitas, kg/m3
QS
: Kebutuhan Steam, kg
Ms
: Massa Steam, kg
A
: Luas bidang penampang, ft2
Vt
: Volume tangki, m3
Qf
: Kecepatan/laju air volumetric, m3/jam
t
: Waktu, jam
m
: Massa, kg
FV
: Laju alir, m3/jam
S
: Jari-jari, in
P
: Power motor, Hp
Sg
: Spesific gravity
x
: Konversi , %
TC
: Titik kritis, oC
TB
: Titik didih, oC
HV
: Panas penguapan, joule/mol
VS
: Volume shell, m3
Vh
: Volume head, m3
Vt
: Volume total, m3
Dopt
: Diameter optimal, m
ID
: Inside diameter, in
OD
: Outside diameter, in
NRe
: Bilangan Reynold
F
: Normal heating value, Btu/lb
x
E
: Efisiensi pengelasan
f
: Allowable stress, Psia
r
: Jari-jari dish, in
icr
: Jari-jari sudut dalam, in
W
: Faktor intensifikasi tegangan untuk jenis head.
DI
: Diameter pengaduk, m
W
: Tinggi pengaduk, m
B
: Lebar bafflIe, m
L
: Lebar pengaduk, m
N
: Kecepatan putaran, rpm
UD
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh setelah ada zat pengotor pada HE, Btu/jam ft2 oF
UC
: Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada awal HE dipakai, Btu/jam ft2 oF
Rd
: Faktor pengotor, Btu/jam ft2 oF
K
: Efisiensi, %
Wf
: Total head, in
p
: Panjang, m
l
: Lebar, m
ts
: Tebal shell, in
th
: Tebal head, in
k
: Konduktivitas termal, Btu/jam ft2 oF/ft
c
: Panas spesifik, Btu/lb oF
jH
: Heat transfer factor
hi
: Inside film coefficient, Btu/jam ft2 oF
ho
: Outside film coefficient, Btu/jam ft2 oF
LMTD : Log mean temperatur different, oF K
: Konstanta kinetika reaksi, / menit
Nt
: Jumlah tube
BS
: Baffle spacing, in
PT
: Tube Pitch, in
xi
DAFTAR TABEL Hal Tabel 1.1.
Data Impor Asam Benzoat................................................................ 2
Tabel 1.2. Kapasitas Produksi Pabrik Asam Benzoat......................................... 3 Tabel 2.1. Komponen yang ada di tiap arus ......................................................17 Table 2.2. Neraca massa Reaktor (R-01)............................................................21 Tabel 2.3.
Neraca Massa Separator....................................................................21
Tabel 2.4. Neraca Massa Menara Distilasi .........................................................22 Tabel 2.5.
Neraca Massa Total ..........................................................................22
Tabel 2.6.
Neraca Panas Reaktor (R-01)............................................................23
Tabel 2.7.
Neraca Panas Separator (Sp-01) .......................................................23
Tabel 2.8.
Neraca Panas Menara Distilasi (MD-01) ..........................................24
Tabel 2.9
Neraca Panas Spray Tower (ST-01) ..................................................24
Tabel 2.10. Neraca Panas Cooler (Co-01)............................................................25 Tabel 2.11. Neraca Panas Heat Exchanger (HE-02) ............................................25 Tabel 2.12. Perincian Luas Tanah Bangunan Pabrik............................................29 Tabel 4.1. Karakteristik Air Bersih.....................................................................49 Tabel 4.2. Kebutuhan air untuk perumahan dan perkantoran.............................49 Tabel 4.3. Kebutuhan air untuk steam yang diperlukan .....................................50 Tabel 4.4. Kebutuhan air pendingin yang diperlukan.........................................51 Tabel 4.5. Kebutuhan air proses yang diperlukan ..............................................52 Tabel 4.6. Konsumsi listrik untuk keperluan proses...........................................65 Tabel 4.7. Konsumsi listrik untuk unit pendukung proses (utilitas)...................66 Tabel 4.8. Udara tekan dan kegunaannya...........................................................70 Tabel 4.9. Parameter Standar Baku Air ..............................................................73 Tabel 5.1. Jadwal kerja karyawan masing-masing regu .................................. 80
xii
Tabel 5.2. Perincian jumlah karyawan ............................................................ 81 Tabel 5.3. Karyawan proses............................................................................. 82 Tabel 5.4. Perincian golongan ......................................................................... . 82 Tabel 6.1. Cost Index Chemical Plant ............................................................. . 86 Tabel 6.2. Total Fixed Capital Investment ...................................................... . 90 Tabel 6.3. Working Capital ............................................................................. . 91 Tabel 6.4. Manufacturing Cost........................................................................ . 91 Tabel 6.5. General Expenses ........................................................................... . 92 Tabel 6.6. Fixed Cost....................................................................................... . 94 Tabel 6.7. Variable Cost.................................................................................. . 94 Tabel 6.8. Regulated Cost ............................................................................... . 94
xiii
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1. Diagram Alir Proses ........................................................................17 Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif .................................................................18 Gambar 2.3. Diagram Alir Kualitatif ....................................................................19 Gambar 2.4. Tata Letak Pabrik .............................................................................28 Gambar 2.5. Tata Letak Peralatan.........................................................................32 Gambar 4.1. Diagram Proses Pengolahan Air Sungai ........................................ 53 Gambar 4.2. Unit Penyediaan Udara Tekan ....................................................... 69 Gambar 5.1. Struktur Organisasi Perusahaan………………………………….. .78 Gambar 6.1. Hubungan Tahun Versus Cost Index.............................................. .86 Gambar 6.2. Grafik Analisis Ekonomi…………………………………………..96 Gambar 6.3. Hubungan Antara Time Line Dengan Cash Line…………………. 97
xiv
